改良SBR工艺脱氮除磷的试验研究

SBR 在城镇污水、农产品加工废水、啤酒废水、化工废水、印染废水、造纸废水、垃
圾场渗出液等处理方面得到了开发和应用。但是传统SBR 法处理城市污水的运行过程中，经常出现脱氮除磷效果不能同时达到最佳。本试验在传统工艺的反应器中添加隔板，创造好氧区与厌氧区，并对SBR 工艺反应器中好氧缺氧厌氧区的合理空间分配，同时控制好其他影响因素，使脱氮除磷均达到最好。
1 实验材料与方法
1.1 试验装置
图1 实验装置图
1 进水桶 2 蠕动泵 3 定时器 4 反应器 5 固定泵的铁架 6 潜水泵 7 泡沐 8 隔板 9排泥口 10 微孔曝气头 11 空气流量计 12 空压机 13 出水桶 14 电源
反应器所用材料为有机玻璃，内径28.8 cm，有效高度25.0 cm，有效容积6.0L，隔板正中有一个直径为6 厘米的圆孔，圆孔上方有微孔曝气器。试验装置见图1 。试验污水为人工配制(成分见表1)。污水由蠕动泵流入反应器底部厌氧区，经潜水泵输送到圆孔处，
再经微孔曝气器曝气流向隔板四周，从而在隔板上方形成一个好氧区；污水又由隔板边缘流向隔板下方进入缺氧区，随后流进厌氧区。构成了厌氧-好氧-缺氧流态，即通过A/A/O(厌氧/好氧/缺氧)工艺来达到去除有机物和氮磷的目的。
表1 人工配水水质
1.2 活性污泥驯化
活性污泥取自徐州国桢污水处理厂二沉池，接种前将污泥进行反复淘洗，去掉上层漂
浮物和下层大块沉积物，留下颗粒细小的污泥；然后空曝一天，利用内源呼吸作用，使异养
菌自身消耗并去掉不利物质；最后把污泥放入反应器中进行间歇培养。驯化初期，污泥呈絮
状，出水浑浊；至第20 天时，污泥变成棕黄色大泥团，镜检发现大量钟虫、吸管虫和各种
后生动物等微生物，污泥浓度达到3400～4000
mg/L，氨氮去除率达到95%以上，这时认为
驯化结束。
2 结果与讨论
2.1 曝气方式对脱氮除磷的影响
根据开始曝气时间与充水时序的不同，SBR 法可分成三种不同的曝气方式：限制曝(充水完毕后再开始曝气)；半限制曝气(充水阶段的后期开始曝气)；非限制曝气(边充水边曝气)。实验在进水浓度、进水时间等条件相同的情况下，研究曝气方式对脱氮除磷效果的影响，结果见图2、3。
图2 不同曝气方式条件下，总氮去除率随时间的变化情况
采用非限制曝气方式脱氮、除磷均达到最好，分别为88.2%-89.0%、70.6%-73.5%。这是由于边反应边充水过程延长进水历时，降低了反应器内的有机物浓度水平，增加了反应器内的污泥浓度，有利于硝化菌的生长，提高了硝化效率；利用原污水作为反硝化碳源，取得了较高的反硝化效率。从而使整个脱氮效率得到提高。同时在厌氧区充水缓慢搅拌有利于释磷，再进入好氧区时，使之把过多的磷积累于聚磷菌体内，有利于废水中磷的去除。故试验采用非限制曝气方式。
2.2 运行参数对脱氮除磷的影响
实验在非限制曝气方式，沉淀45 分钟，排水30
分钟，闲置15 分钟条件下运行，研究了曝气时间、溶解氧、反应区体积大小对脱氮除磷的影响。
2.2.1 曝气时间对脱氮除磷的影响
试验在溶解氧为2.0mg/L、隔板距水面8.3 厘米条件下，采用了曝气时间为6 小时、5 小时、4 小时三种情况，对脱氮除磷过程进行了检测，
结果见图4、5 。
图4 不同曝气时间条件下，总氮去除率随时间的变化情况　图5 不同曝气时间条件下，总磷去除率随时间的变化情况
试验结果表明：曝气6 小时，总氮、总磷去除率分别为78.6%-81.0%、59.8-62.8%；曝气5 小时脱氮除磷效果最好，分别达到87.1%-90.8%、64.3%-70.2%；曝气时间为4 小时，TN
去除率为 79.8%-81.7%，TP 去除率仅为25.3%-33.1%。由此得知曝气时间最佳选择5 小时。因为时间过长，会使聚磷菌消耗过多的PHB，影响磷的吸收，当处于厌氧段后，虽然聚磷菌能以最快的速率释放磷，但是这些磷在后续的好氧阶段却不能再被完全吸收，即过量吸磷受到破坏，除磷效果同样差。相反时间过短，氨氮氧化受到限制，从而影响氮的去除效果。同时好氧区磷的吸收速率可能不会受到影响，但好氧时间过短，吸收磷的量降低。
2.2.2 溶解氧对脱氮除磷的影响
满足“硝化需氧量"的溶解氧浓度为2.0-3.0mg/L，硝化菌可以忍受的极限溶解氧浓度为0.5-0.7 mg/L。反硝化反应正常进行的溶解氧浓度在0.5mg/L 以下；足够的氧可以满足聚磷菌对其贮积的PHB 进行降解，释放足够的能量供其过量摄磷所需。在厌氧区要严格控制厌氧条件(DO=0)，否则会影响聚磷菌的生长、释磷能力及有机基质合成PHB 的能力。
实验对好氧区不同溶解氧浓度进行了研究，结果如图4、5 所示。
当溶解氧浓度为2.0 mg/L 时，TN去除率达到82.0%-88.8%，TP 去除率达到57.9%-70.4%； 溶解氧浓度为3.0 mg/L 时脱氮除磷效果分别为87.6%-90.3%、66.3%-71.4%。可见增加溶解氧浓度对脱氮除磷影响不大，兼顾经济节能。故实验采用溶解氧浓度2.0mg/L。
2.2.3 反应区对脱氮除磷的影响
好氧缺氧厌氧区的体积比大小除了与污泥本身性质等有关外，主要与反应器中挡板位置有关，试验通过隔板距水面12.5 厘米、8.3
厘米、6.3 厘米(分别占反应器有效高度二分之一、三分之一、四分之一)三种情况进行了测试，结果见图6、7。
隔板距水面12.5 厘米时，总氮和总磷的去除效果非常差，分别为47.6%-53.3%、23.5%-30.2%；调整隔板距水面8.3 厘米效果明显变好，去除率高达79.5%-90.8%和57.9%-70.4%；隔板距水面6.3 厘米，总氮和总磷去除效果降低。说明反应器中好氧区和缺氧厌氧区体积合理分配是生物高效脱氮除磷的关键，隔板距水面距离选8.3 厘米最好。隔板距水面12.5 厘米，好氧区太大，微生物菌体内的碳能源存贮物大量消耗，聚磷菌为获得维持其基础新陈代谢所需能量，需对聚磷颗粒进行水解，故慢速释磷，内源反硝化脱氮效果也不好；隔板距水面6.3 厘米，好氧区过小，在好氧区氨氮只有部分经硝化作用变成硝态氮，
磷也不能被微生物完全吸收，从而影响脱氮除磷效果。
3 结论
(1)改良SBR 工艺结构简单，便于操作和维护管理，运行费用低。
(2)改良SBR 工艺脱氮效果很高，磷的去除率也好。
(3)通过实验确定改良SBR 工艺优化条件：曝气时间5 小时、溶解氧2.0
mg/L、隔板距水面8.3 厘米。在优化条件下出水 CODcr、NH3-N、TN 和TP 浓度分别达到：45.3-70.2mg/L、0.79-3.82 mg/L、4.6-8.2 mg/L 和1.3-1.8 mg/L，去除率分别达到74.2%-80.3%、92.9%-98.1%、86.4%-91.0%和68.1%-75.8%，比传统SBR 工艺脱氮除磷效果好。